×
19.04.2019
219.017.3278

СПОСОБ ПРОСТРАНСТВЕННОЙ СЕЛЕКЦИИ ПРИХОДЯЩИХ СИГНАЛОВ В ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ АНТЕННЕ МОНОИМПУЛЬСНОГО РАДИОЛОКАТОРА

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области антенной техники, а именно к способам пространственной селекции приходящих радиосигналов. Предлагаемый способ пространственной селекции приходящих сигналов основан на измерении фаз сигналов на выходах четырех антенн, образующих антенную систему моноимпульсной радиолокационной станции (РЛС) и формирующих крестообразную структуру с последующей математической обработкой этих фаз по предложенному алгоритму, состоящему в формировании двенадцати комплексных функций, и анализом соотношений между сформированными функциями. Эта процедура может быть повторена на нескольких частотах рабочего диапазона. Достигаемый технический результат - обеспечение пространственной селекции приходящих сигналов при отсутствии ограничения на коэффициент усиления антенны. 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение относится к области антенной техники, а именно к способам пространственной селекции приходящих радиосигналов.

Уровень техники

Известно большое число способов определения координат источников радиосигналов (Radar Handbook, ed. by M. Skolnik, 1990). Однако известные методы используют, как правило, многоэлементные антенны в качестве измерительных инструментов и комплексные значения измеряемых сигналов в качестве входных данных. При этом определению подлежат либо абсолютные координаты источника сигнала, либо координаты источника в системе координат измерительной антенны. В то же время часто возникает ситуация, когда необходимо лишь определить, находится ли принимаемый сигнал в зоне максимума главного лепестка диаграммы направленности антенной системы или нет, без необходимости точного определения координат этого источника. Такая постановка задачи позволяет уменьшить объем информации, необходимой для решения задачи, и существенно упростить конструкцию антенной системы, в частности, позволяет использовать для этой цели измерительную антенну моноимпульсной радиолокационной станции (РЛС). В этом случае простое решение задачи может состоять в использовании антенной системы с чрезвычайно низким уровнем боковых лепестков суммарной диаграммы направленности (ДН). Однако такой подход отрицательно влияет на энергетические и массогабаритные характеристики РЛС. Кроме того, применение такого способа часто оказывается невозможным при наличии очень мощных источников помех, расположенных в области боковых лепестков ДН.

В то же время известно (Леонов А.И., Фомичев К.И. Моноимпульсная радиолокация. - М.: Советское радио, 1984. - 312 с.), что для построения антенной системы моноимпульсной РЛС с фазовым методом пеленгации достаточно иметь четыре элемента, используемые для формирования суммарной ДН и двух разностных ДН (в угломестной и азимутальной плоскостях). Такие элементы можно рассматривать как самостоятельные антенны и использовать их для построения измерительной антенны, позволяющей определить нахождение сигнала в заданной зоне максимума главного лепестка ДН.

Схема построения измерительной антенны такого типа приведена на фиг.1.

Ближайшим аналогом настоящего изобретения является способ пространственной селекции приходящих сигналов амплитудным селектором (Защита от радиопомех./ Под ред. М. В. Максимова: - Советское радио, 1976, стр.214-220, 344-346), в котором для решения задачи используется опорный сигнал, который берется со входа ненаправленной антенны (компенсатора) и поступает в ограничитель снизу. Принцип действия углового амплитудного селектора показан на фиг.2, где на фиг.2а приведены необходимые соотношения между ДН основной антенны и компенсатора соответственно, а на фиг.26 - необходимая передаточная характеристика ограничителя снизу. Если выполняется неравенство , где uвх - входной сигнал, uвых - выходной сигнал, - сигнал ограничителя, c - константа, Fк(θ) - ДН компенсатора, θ - полярный угол, принимается решение, что цель находится в зоне главного максимума основной антенны. Такой способ неудобен тем, что потенциал радиолокационной системы определяется слабонаправленной антенной, т.к. коэффициент усиления (КУ) основной антенны в направлении боковых лепестков, а следовательно, и в главном максимуме ограничен коэффициентом усиления слабонаправленной антенны.

Отличительной особенностью заявляемого способа является отсутствие ограничения на КУ антенны.

Сущность изобретения

В ближайшем аналоге пространственная селекция основана на пространственной селекции приходящих сигналов амплитудным селектором. Такой способ неудобен тем, что в этом случае потенциал радиолокационной системы определяется слабонаправленной антенной.

Предлагаемый способ пространственной селекции приходящих сигналов свободен от этого недостатка. Он основан на использовании фаз сигналов с выходов четырех антенн 1-4, расположенных в одной плоскости и формирующих крестообразную структуру, и последующей математической обработке этих фаз по следующему алгоритму:

1. Измеряются фазы φi (i=1-4) сигналов на одной из рабочих частот на выходах антенн 1-4.

2. Вычисляется опорная фаза

φОП=(φ1234)/4.

3. Полученное значение опорной фазы вычитается из значений фаз φi. В результате получаем новые фазы

Ψiiоп.

4. Полученные новые фазы используются для расчета следующих комплексных функций фаз Ψi:

F1k=[exp(i*αk1)+exp(i*αk2)+exp(i*αk3)+exp(i*αk4)]*0.25,

F2k=sqrt{[exp(i*αk1)+exp(i*αk2))*(exp(i*αk3)+exp(i*αk4))]*0.25},

F3k=sqrt{[exp(i*αk1)+exp(i*αk3))*(exp(i*αk2)+exp(i*αk4))]*0.25},

F4k=sqrt{[(exp(i*αk1)+exp(i*αk4))*(exp(i*αk2)+exp(i*αk3))] *0.25},

где i - мнимая единица;

α1=1.0;

α2 - заданная константа;

k=1 и 2.

F13=[exp(i*α31)+ехр(i*α32)+ехр(i*α33)+ехр(i*α34)]*0.25,

F23={[(exp(i*α31)+exp(i*α32))*(exp(i*α33)+ехр(i*α34))]*0.25}**0.13,

F33={[(ехр(i*α31)+ехр(i*α33))*(exp(i*α32)+ехр(i*α34))]*0.25}**0.13,

F43={[(ехр(i*α31))+ехр(i*α34))*(ехр(i*α32)+ехр(i*α33))]*0.25}**0.13,

где α3 - заданная константа;

символы * и ** обозначают операции умножения и возведения в степень соответственно.

5. Значения модулей функций Fij (i=1-4, j=1-3) переводятся в децибелы и используются для проверки выполнения следующей системы неравенств:

abs(abs(F11) - abs(Flk))≤А для k ≠ 1;

abs(abs(F11) - abs(F2k))≤A;

abs(abs(F11) - abs(F3k))≤A;

abs(abs(F11) - abs(F4k))≤A;

abs(arg(F1k))≤B;

abs(arg(F2k))≤B;

abs(arg(F3k))≤B;

abs(arg(F4k))≤B,

где k= 1, 2, 3;

А и В - заданные константы.

6. В общем случае система неравенств, приведенная в п.5, может выполняться как в заданной угловой зоне в области главного лепестка суммарной ДН измерительной антенной системы РЛС (рабочей зоне, границы которой определяются по заданному уровню L), так и некотором числе паразитных зон, располагающихся вне рабочей зоны.

Константы α2, α3 выбираются для заданной геометрии из условия отсутствия или минимальной ширины паразитных зон, в которых выполняется система неравенств по п.5, при заданной ширине рабочей зоны на выбранной частоте. Константы А и В определяются заданным уровнем L, задающим ширину рабочей зоны в области главного максимума.

7. Если система неравенств по п.5 выполняется на выбранной частоте, принимается решение о возможном наличии источника сигнала в зоне максимума главного лепестка суммарной ДН измерительной антенной системы РЛС. Если все неравенства по п.5 выполняются как в рабочей зоне, так и в одной или нескольких паразитных зонах (что возможно в случае использования антенной системы с регулярным расположением отдельных антенн в крестообразной структуре), то пункты 1-5 следует повторить на нескольких частотах рабочего диапазона антенной системы РЛС до достижения пространственного разделения наборов паразитных зон, соответствующих отдельным выбранным частотам, при сохранении углового положения рабочей зоны. Это требование означает, что наборы паразитных зон, соответствующие отдельным частотам, не должны перекрываться. Это свойство позволяет отфильтровать источники сигналов, располагающихся в паразитных зонах от источников сигналов, располагающихся в рабочей зоне путем сравнения результатов, полученных на разных частотах. В случае выполнения системы неравенств на всех выбранных частотах принимается решение о наличии источника сигнала в зоне максимума главного лепестка суммарной ДН измерительной антенной системы РЛС. Необходимость использования данных, полученных на нескольких частотах, а также значения частот могут определяться на этапе проектирования антенной системы.

Перечень фигур

Фиг.1 - схема построения измерительной антенны.

Фиг.2 - принцип действия углового амплитудного селектора.

Фиг.3 - значения модулей и фаз функций F11, F21, F31, F41 в зависимости от угла наблюдения θ в горизонтальной плоскости (кривые 1-4 соответственно). Кривая 5 - условный график значения признака.

Фиг.4 - распределения угловых зон, в которых выполняется система неравенств по п.6, на разных частотах рабочего диапазона антенной системы РЛС.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Приводится описание предпочтительной реализации, но при этом необходимо иметь в виду, что возможно внесение незначительных изменений без отклонения от рамок и духа настоящего изобретения.

Рассматриваемая реализация описанного выше способа построена на основе антенной системы моноимпульсной РЛС, содержащей четыре идентичных антенных модуля, расположенных согласно конфигурации, изображенной на фиг.1, таким образом, что антенные модули (1, 2) и (3, 4) расположены симметрично относительно центра антенной системы, пары модулей (1, 2) и (3, 4) ортогональны друг другу. Расстояния между центрами модулей в вертикальной и горизонтальной плоскостях равны 24.8 и 14.3 длин волн соответственно. В рассматриваемом примере выбраны следующие значения констант: α2=1,177777, α3=1,3666; L=-3 дБ; А=1,75 дБ; В=1°.

В качестве входных данных использовались фазы сигналов на выходах модулей антенной системы, которые определялись экспериментально при сканировании антенной системы в горизонтальной плоскости с шагом 10' в пределах ±10°. Результаты были получены на центральной рабочей частоте РЛС.

На фиг.3 изображены значения модулей (фиг.3а) и фаз (фиг.3б) функций F11, F21, F31, F41 в зависимости от угла наблюдения θ в горизонтальной плоскости (кривые 1-4). Кривая 5 условно изображает результат анализа выполнения системы неравенств, приведенной выше в п.5. Если эта система неравенств не выполняется, кривая 5 проходит по уровню 0 дБ, а если выполняется - по уровню -3 дБ. Для наглядности фазы функций F11, F21, F31, F41 смещены относительно друг друга на 10°.

Анализ полученных результатов показал, что система неравенств по п.5 выполняется в заданном угловом диапазоне 2,4°, совпадающем с угловой шириной главного лепестка суммарной ДН антенной системы РЛС в горизонтальной плоскости по уровню -3 дБ. Однако, кроме указанного углового диапазона, на фиг.3 наблюдаются две паразитные угловые зоны, располагающиеся вне главного лепестка ДН, в которых система неравенств по п.5 также выполняется. Паразитные угловые зоны можно отфильтровать путем проведения дополнительных измерений фаз сигналов и выполнения операций алгоритма по п.п.1-6 на нескольких частотах. В рассматриваемом примере было проведено моделирование двух дополнительных измерений на частотах, отличающихся на ±5% от центральной частоты рабочего диапазона. Результаты приведены на фиг.4. Как следует из фиг.4, изменение рабочей частоты смещает паразитные зоны выполнения неравенств по п.5, но не изменяет положения основной угловой зоны. При этом смещение по частоте на ±5% от центральной частоты приводит к отсутствию перекрытия угловых координат паразитных зон, возникающих на разных частотах, но практически не влияет на положение и ширину основной (рабочей) угловой зоны. Это обстоятельство позволяет отфильтровать источники сигналов, располагающиеся в паразитных зонах выполнения неравенств по п.5, и обеспечить однозначность принятия решения о нахождении источника сигнала в области максимума главного лепестка ДН антенной системы РЛС.

По сравнению с прототипом предлагаемый способ селекции приходящих сигналов в измерительной антенне моноимпульсного радиолокатора обеспечивает пространственную селекцию приходящих сигналов при отсутствии ограничения на КУ антенны.

Способ пространственной селекции приходящих сигналов, отличающийся тем, чтоизмеряются фазы φ (i=1-4) сигналов на одной из рабочих частот на выходах четырех антенн 1-4, формирующих крестообразную структуру, вычисляется опорная фазаφ=(φ+φ+φ+φ)/4,полученное значение опорной фазы вычитается из значений фаз φ (i=1-4) и определяются новые фазыΨ=φ-φ,полученные новые фазы используются для расчета комплексных функций фаз Ψ,F1k=[exp(i*α*Ψ)+exp(i*α*Ψ)+exp(i*α*Ψ)+exp(i*α*Ψ)]*0,25,F2k=sqrt{[exp(i*α*Ψ)+exp(i*α*Ψ))*(exp(i*α*Ψ)+exp(i*α*Ψ))]*0,25},F3k=sqrt{[exp(i*α*Ψ)+exp(i*α*Ψ))*(exp(i*α*Ψ)+exp(i*α*Ψ))]*0,25},F4k=sqrt{[(exp(i*α*Ψ)+exp(i*α*Ψ))*(exp(i*α*Ψ)+exp(i*α*Ψ))] *0,25},где i - мнимая единица;α= 1,0;α - заданная константа, для k=1 и 2 соответственно,F13=[exp(i*α*Ψ)+ехр(i*α*Ψ)+ехр(i*α*Ψ)+ехр(i*α*Ψ)]*0,25,F23={[(exp(i*α*Ψ)+exp(i*α*Ψ))*(exp(i*α*Ψ)+ехр(i*α*Ψ))]*0,25}**0,13,F33={[(ехр(i*α*Ψ)+ехр(i*α*Ψ))*(exp(i*α*Ψ)+ехр(i*α*Ψ))]*0,25}**0,13,F43={[(ехр(i*α*Ψ))+ехр(i*α*Ψ))*(ехр(i*α*Ψ)+ехр(i*α*Ψ))]*0,25}**0,13,где α - заданная константа;символы * и ** обозначают операции умножения и возведения в степень соответственно; значения модулей функций Fij, где i=1-4, j=1-3, переводятся в децибелы и используются для проверки выполнения системы неравенств:abs(abs(F11) - abs(Flk))≤А для k ≠ 1;abs(abs(F11) - abs(F2k))≤A;abs(abs(F11) - abs(F3k))≤A;abs(abs(F11) - abs(F4k))≤A;abs(arg(F1k))≤B;abs(arg(F2k))≤B;abs(arg(F3k))≤B;abs(arg(F4k))≤B,где k=1, 2, 3,причем константы А и В определяются заданным уровнем L, определяющим ширину рабочей зоны в области главного максимума, константы α, αвыбираются для заданной геометрии из условия отсутствия или минимальной ширины паразитных зон, в которых выполняются приведенные выше неравенства, при заданной ширине рабочей зоны на выбранной частоте, при этом операции, описанные выше, повторяются на других частотах рабочего диапазона антенной системы радиолокационной станции (РЛС), выбранных для обеспечения пространственного разделения паразитных зон, в которых выполняется система неравенств и в случае выполнения системы неравенств на всех выбранных частотах принимается решение о наличии источника сигнала в зоне максимума главного лепестка суммарной диаграммы направленности (ДН) измерительной антенной системы РЛС.
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-4 из 4.
29.03.2019
№219.016.f116

Способ определения диаграммы направленности фазированной антенной решетки

Изобретение относится к области антенной техники, а точнее к способам измерения диаграммы направленности (ДН) фазированной антенной решетки (ФАР) в ближней зоне без изменения ее положения относительно измерительной антенны. Предлагается способ определения диаграммы направленности (ДН)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002343495
Дата охранного документа: 10.01.2009
19.04.2019
№219.017.30ef

Способ диагностики состояния элементов фазированной антенной решетки

Изобретение относится к области антенной техники, а точнее к способам определения работоспособности элементов фазированных антенных решеток (ФАР) на основании измерения СВЧ сигнала. Техническим результатом является упрощение способа диагностики состояния элементов ФАР по измерениям сигнала СВЧ...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002413345
Дата охранного документа: 27.02.2011
19.04.2019
№219.017.3125

Способ фазового формирования нулей в диаграмме направленности фазированной антенной решетки (варианты)

Изобретение относится к области антенной техники, а точнее к способам управления формой диаграммы направленности (ДН) фазированной антенной решетки (ФАР) путем изменения лишь фаз возбуждений элементов ФАР. Техническим результатом является получение одновременно расширенных и глубоких нулей ДН...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002414780
Дата охранного документа: 20.03.2011
18.05.2019
№219.017.5ad6

Аналого-цифровой преобразователь с самоконтролем

Изобретение относится к вычислительной технике. Технический результат заключается в повышении быстродействия и достоверности контроля. Аналого-цифровой преобразователь с самоконтролем содержит два компаратора, регистр последовательного приближения, сдвигающий регистр, двуматричный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002431233
Дата охранного документа: 10.10.2011
Показаны записи 1-10 из 30.
20.05.2013
№216.012.404e

Устройство выпуска троса связки двух космических аппаратов (варианты)

Группа изобретений относится к оборудованию космических аппаратов и, более конкретно, к орбитальным тросовым системам. Устройство содержит основной корпус (1), в котором установлена безынерционная катушка (2) с тросом, и подвижный подпружиненный корпус (3), где установлены электродвигатели,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482032
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.06.2013
№216.012.4a07

Устройство обработки видеоинформации системы охранной сигнализации

Изобретение относится к устройствам обработки информации системы охранной сигнализации. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей за счет сокращения количества ложных срабатываний и улучшения точности обнаружения границы движущегося объекта. Способ для точного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002484531
Дата охранного документа: 10.06.2013
20.04.2015
№216.013.4209

Способ получения компаундированного битума

Изобретение относится к способу получения компаундированного битума из остатков перегонки нефти (гудрон/полугудрон) и может быть использовано в нефтеперерабатывающей, дорожной или строительной отраслях промышленности. Способ включает окисление остатка перегонки нефти с добавкой медьсодержащего...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002548403
Дата охранного документа: 20.04.2015
20.10.2015
№216.013.8328

Способ получения серобитумного вяжущего

Изобретение относится к химической промышленности и может быть использовано для получения серобитумной композиции. Способ включает смешивание расплавленного продукта нефтепереработки - тяжелого нефтяного остатка и серы, причем тяжелый нефтяной остаток содержит продукты крекинга. Процесс ведут...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002565179
Дата охранного документа: 20.10.2015
20.11.2015
№216.013.929f

Установка комплексной очистки стоков (варианты)

Группа изобретений относится области нефтехимической промышленности и представляет собой установку комплексной очистки стоков (варианты). Установка согласно изобретению содержит последовательно соединенные блок предварительной очистки сульфидно-щелочных стоков от нефтепродуктов и/или...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569153
Дата охранного документа: 20.11.2015
27.12.2015
№216.013.9d58

Способ очистки медьсодержащего сульфидно-щелочного смешанного стока

Изобретение может быть использовано для обезвреживания сульфидно-щелочных смешанных сточных вод на нефтехимических предприятиях, содержащих основные процессы по переработки нефти и нефтепродуктов, а также производство акриловой кислоты, на котором используют медьсодержащие ингибиторы...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571910
Дата охранного документа: 27.12.2015
10.01.2016
№216.013.9ef2

Способ очистки медьсодержащих сточных вод производства акриловой кислоты (варианты)

Изобретения могут быть использованы на нефтехимических предприятиях для обезвреживания сточных вод производства акриловой кислоты, содержащих медь. Способ включает смешение очищаемых сточных вод и сернисто-щелочного стока, с последующим отделением образующегося осадка, при этом отношение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002572327
Дата охранного документа: 10.01.2016
25.08.2017
№217.015.cc28

Робототехническая система сервисного космического аппарата с силомоментной обратной связью

Изобретение относится к области инструментов для использования в космосе и предназначено для выполнения операций орбитального обслуживания космических аппаратов. Робототехническая система содержит семистепенной манипулятор с конечным звеном в виде устройства для фиксации сменного инструмента,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002620540
Дата охранного документа: 26.05.2017
26.08.2017
№217.015.e6c7

Способ очистки технологической жидкости от механических примесей и плавающей жидкой среды

Изобретение относится к области очистки технологической жидкости, например воды, загрязненной осаждающимися механическими примесями, например дисперсными твердыми частицами, плотность материала которых выше плотности технологической жидкости, и плавающей жидкой средой, плотность которой ниже...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626833
Дата охранного документа: 02.08.2017
19.01.2018
№218.016.08f2

Устройство диспергирования газожидкостной смеси

Изобретение относится к нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей отрасли и может быть использовано, в частности, для подготовки мелкодисперсной однородной газожидкостной смеси для закачки в нагнетательные скважины. Устройство диспергирования газожидкостной смеси включает корпус с установленными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002631878
Дата охранного документа: 28.09.2017
+ добавить свой РИД